книги из ГПНТБ / Панкратов, В. П. Фазовые искажения и их компенсация в каналах тч при передаче дискретных сигналов

с большой точностью. Однако практические возможно­ сти реализации отдельных элементов фазовых звеньев оказываются значительно ограниченными. Поэтому ра­ счет значений элементов фазовых звеньев целесообраз­ но осуществлять с точностью до четвертой значащей цифры. Известно, что изготовление катушек индуктив­ ности и подбор емкости конденсаторов с точностью де­ сятых долей процента связаны со значительными труд­ ностями, и тем не менее настройка резонансных частот фазовых звеньев должна выдерживаться с точностью до герца.

Другой важный вопрос практической реализации фа­ зовых корректоров — учет влияния потерь в элементах фазовых звеньев — рассматривается в следующем па­ раграфе.

11.3.Активные LC-фазовые корректоры

Кактивным фазовым LC-корректорам относятся уст­ ройства, в состав которых включены активные элемен­ ты с целью компенсации влияния потерь или усиления сигналов. Для оценки влияния потерь необходимо, пре­ жде всего, учесть сопротивление катушек индуктивно­ сти и проводимость конденсаторов:

(11.9)

Полагая потери равномерно распределенными между катушками индуктивности и конденсаторами, можно за­ писать, что r/L — GIC= 8

или

где Ql = ®L/r — добротность катушек индуктивности;

да в расчетах частотных характеристик фазовых звень­ ев следует полагать р = —6+ ко.

Учитывая, что величина б является небольшой, мож­ но воспользоваться разложением 'фуикции g(p) в ряд

321

Тэйлора для определения ее изменений, которые состав­ ляют

где g"0 — постоянная передачи без учета потерь; g — постоянная передачи с учетом потерь.

Используя свойство независимости производной ана­ литических функций от направления дифференцирова­ ния, будем дифференцировать вдоль оси ito. Тогда имеем

Из (11.13а) видно, что потери в элементах фазового ЗЕена вызывают появление затухания, которое пропор­ ционально крутизне фазо-частотной характеристики. Причем, если потери полагать независимыми от частоты (6 = const), то частотная характеристика затухания бу­ дет аналогична частотной характеристике группового времени звена. Следовательно, максимальная величина затухания совпадает с резонансной частотой фазового звена. Подставляя (11.13а) в (11.136), получим

Отсюда видно, что отклонение ФЧХ от расчетного зна­ чения за счет действия потерь в элементах фазового зве­ на пропорционально крутизне характеристики группо­ вого времени и принимает максимальное значение на частотах, примыкающих к резонансной.

Расчеты и экспериментальные исследования показы­ вают, что собственное затухание фазового контура воз­ растает на 1,3—2,17 дБ, а изменение фазо-частотной ха­

322

рактеристики составляет сотые доли радиана. Рабочее затухание фазового звена изменяется в еще больших пределах, так как при резонансных частотах наблюда­ ется значительное изменение характеристического соп­ ротивления.

Для оценки изменений характеристического сопро­ тивления запишем сопротивление двухполюсников, вхо­ дящих в ветви мостовой схемы, в следующем виде:

тогда характеристическое сопротивление мостовой схе­ мы можно представить выражением

т. е. потери не изменяют характеристическое сопротив­ ление фазового звена при условии равенства добротно­ сти контуров в ветвях фазового контура.

Известно, что добротность конденсаторов значитель­ но выше добротности катушек индуктивности; Если это учесть, то характеристическое сопротивление получит небольшую мнимую составляющую и равенство ZiZ2= ^Z^c. сохраняется только с приближением.

Наибольший интерес для анализа представляет слу­ чай, когда потери считаются обусловленными только за счет катушек индуктивности, что позволяет считать доб­ ротность ветви мостовой схемы Q= 2QL, как обычно принимается при расчетах фильтров и корректоров. Тог­ да сопротивления ветвей могут быть представлены так:

и L2 мостовой схемы.

3 2 3

Характеристическое сопротивление фазового звена с учетом потерь определяется по формуле

z *= V%Z2 =

(11.18)

Учитывая, что наиболее сильное влияние потерь наблю­ дается при резонансной частоте (£2=1), выражение (11.18) может быть представлено приближенно в сле­ дующем виде:

(11.19)

где Zc — характеристическое сопротивление без учета потерь. Из последнего выражения видно, что влияние потерь может вызвать как увеличение, так и уменьше­ ние характеристического сопротивления. Следовательно, для обеспечения согласования отдельных фазовых звень­ ев необходимо уровнять потери в ветвях и сделать Qi = = Q2. Естественно, что уравнивание возможно лишь пу­ тем уменьшения добротности, для чего вводят дополни-

4>-2Ьв\

_ J

Рис. 11.5

324

тельное сопротивление в ту ветвь, добротность которой выше. Этим широко пользуются на практике, уменьшая тем самым несогласованность, а значит, и рабочее зату­ хание звена, несмотря на то, что при этом вносятся до­ полнительные потери и собственное затухание звена бу­ дет увеличиваться.

Однако для выравнивания добротностей ветвей фа­ зового корректора можно использовать элементы отри­ цательного сопротивления, подключаемые в различные точки звена. Исследования показали |[40, 41], что наибо­ лее эффективным является подключение отрицательно­ го сопротивления к фазовому звену с дифференциаль­ ным трансформатором (рис. 11.5). Элемент отрицатель­ ного сопротивления обведен пунктирной линией. Экви­ валентная схема отрицательного сопротивления и вы­ вод расчетных соотношений даются в [41]. Применяя ме­ тод узловых напряжений, для отрицательной проводи­ мости можно получить выражение

ность катушки U повысилась и ста­ ла Q1 новПри расчете действия от-

3 2 5

рицательиой проводимости на добротность индуктивности Lj удобнее пересчитать ее в отрицательное сопротивле­ ние, т. е. перейти от схемы рис. 11.6а к схеме 11.66. Для расчета отрицательного сопротивления г*0, вносимого последовательно с индуктивностью Li, можно получить приближенную формулу

Используя (11.22), можно определить г*0 и рассчитать результирующее сопротивление ветви

(11.23)

Тогда добротность катушки индуктивности оказывается равной

Уравнивание потерь введением отрицательного сопро­ тивления обеспечивает не только независимость харак­ теристического сопротивления от частоты, но и значи­ тельно уменьшает рабочее затухание. Причем включе­ ние элемента отрицательного сопротивления в одно из звеньев корректора позволяет компенсировать потери и в других звеньях.

Компенсацию амплитудно-частотных искажений, вно­ симых фазовым корректором, можно осуществить с по­ мощью усилителя, в цепи отрицательной обратной свя­ зи которого установлены контуры резонанса напряже­ ний, уменьшающие обратную связь на отдельных ча­ стотах. Исследования показывают, что в фазокорректи­ рующем устройстве для каналов тч целесообразно в це­ пи ООС усилителя включать последовательные резо­ нансные контуры, настроенные на частоты / о = 8 0 0 , 1500 и 2 0 0 0 Гц. Это позволяет добиться остаточного измене­ ния характеристики тракта менее 0,43 дБ.

Помимо фазовых звеньев LC, как уже отмечалось, находят применение различные фазовые звенья R, L, С, в частности, выполненные по схеме рис. 11.7. Особенно­ стью ее является то, что звено вносит значительное зату­ хание (порядка 12,16-^-13,03 дБ), необходимость введе­ ния которого диктуется стремлением уменьшить вели­ чину изменений входного сопротивления. Поэтому фазо­ вые звенья R, L, С не применяются без усилителя. Эле-

3 2 6

Ко

Рис. 11.7

ментом, определяющим свойства схемы как фазового звена второго порядка, является колебательный контур LC. Комплексная проводимость контура может быть за­ писана так:

где i?K= ( r 2-j-(o2L2)/r2; х„= 1До)С—(l/r2+co2L2)]. Эквива*

лентная проводимость колебательного контура ZKи шун­

можно считать возможность плавной регулировки ча­ стотной зависимости группового времени, которая осу­ ществляется изменением сопротивления Для независимости затухания фазового звена от часто­ ты необходимым является условие /?2=3/?з.

Частотная характеристика группового времени актив­ ного фазового звена определяется выражением-

4LCR3( l + h 2)

( 1 1 . 2 7 )

~R23C ( 1 — h2)2 + 4h2L ’

где h — нормированная текущая частота:

327

Значение h, соответствующее максимальному значению г, получается из (11.27):

Учитывая, что L!C<^R3, можно принять '/гМакс~ 1. Следо­ вательно, максимальное групповое время соответствует резонансной частоте контура LC и выражается форму­ лой

Экспериментальные исследования показывают, что активные фазовые звенья обеспечивают возможность плавной регулировки характеристики группового време­ ни в пределах ±0,5 мс в полосе частот 200-±250 Гц. Од­ нако использование таких звеньев при создании фазо­ вых корректоров для каналов тч оказывается нецелесо­ образным, поскольку корректор, перекрывающий всю полосу частот канала, должен содержать 5—7 звеньев, и общее затухание, вносимое корректором, будет состав­ лять 60-У87 дБ, а для его компенсации потребу­ ются юра1в,н|и,тель,Н10 сложиы.е усилители. При совместном использовании рассматриваемых звеньев с обычными LC-звеньями возникают трудности их согласования, так как первые должны работать между высокоомными на­ грузками, а вторые при /?н=600 Ом.

11.4. Активные ДС-фазовые корректоры

Жесткие требования к габаритам и массе аппарату­ ры, предъявляемые в настоящее время, вынуждают ис­ кать пути ее микроминиатюризации. Основным направ­ лением микроминиатюризации фазовых корректоров является отказ от применения индуктивностей в схемах фазовых звеньев, ибо катушки индуктивности и транс­ форматоры в основном определяют массу фазовыравни­ вающих устройств. Стремление уменьшить габариты ка­ тушек индуктивности сопряжено со значительным сни­ жением их добротности, особенно при низких частотах.

Пассивные ДС-цепи позволяют создавать фазовые звенья, передаточные функции которых имеют только вещественные полюса. Такие звенья применяются в фа­ зовращателях и в фазоразностных схемах. Для реали­ зации передаточных функций фазовых корректоров при­ ходится использовать активные ^С-цепи.

3 2 8

Внедрению активных ^С-цепей препятствует высокая чувствительность их характеристик к различным деста­ билизирующим факторам (производственные допуски, температура, влажность, старение элементов, колебания напряжений источников питания), которые приводят к отклонению характеристик устройств от расчетных.

Первоначально считалось, что основное влияние на чувствительность характеристик ^С-цепей оказывает ак­ тивный элемент, но позднее было установлено, что он

«е является доминирующим в 'Отределен'И1и чувствитель­ ности и необходимо учитывать влияние других элемен­ тов схемы. Однако свойства активного элемента оказы­ вают заметное влияние на характеристики У?С-цепей, осо­ бенно цепей, обладающих высокой селективностью. По­ этому будем полагать, что в качестве активного элемен­ та фазовых звеньев используется идеальный усилитель, под которым понимается четырехполюсник, имеющий 2ех= оо, ZBbix= 0 и постоянный коэффициент усиления во всем диапазоне частот.

В зависимости от величины усиления идеальные уси­ лители подразделяются на усилители с конечным усиле­ нием и усилители с бесконечно большим усилением — операционные усилители, которые обладают большими возможностями при синтезе ^С-цепей и получают все более широкое распространение в схемах активных RC- фазовых звеньев.

Обычно усилители с коэффициентом усиления до не­ скольких десятков единиц считают усилителями с ко­ нечным усилением, а усилители с коэффициентом уси­ ления тысячи и сотни тысяч относят к операционным усилителям. Применение усилителей напряжения при синтезе активных ^С-цепей обусловлено относительной простотой построения схем усилителей с параметрами, близкими к идеальным, и возможностью создания ак­ тивных элементов на базе модульных усилителей, в ча­ стности, операционных усилителей.

Схемы и передаточные функции фазовых звеньев первого порядка, реализуемые активной ^С-цепью с уси­ лителем, имеющим конечное усиление, представлены в табл. 11.2. Передаточную функцию синтезируемого фа­ зового звена первого порядка целесообразно предста­ вить в виде

329